C14-Datierung: Wie Atombombentests das Alter verraten

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Die oberirdischen Atomtests der 1950er und 1960er Jahre haben der Wissenschaft eine unerwartet genaue Uhr hinterlassen. Sie verrät das Alter von Hirnzellen, Haien und Weinjahrgängen.

Die klassische C14-Datierung ist ein Werkzeug für Jahrtausende. Für Dinge, die erst wenige Jahrzehnte alt sind, taugt sie normalerweise kaum, denn radioaktiver Kohlenstoff zerfällt so langsam, dass sich in 50 Jahren fast nichts messbar verändert. Ausgerechnet die Atomwaffentests des Kalten Krieges haben das geändert. Sie haben eine Markierung in die Atmosphäre gesetzt, mit der sich Material aus der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts oft auf ein bis zwei Jahre genau einordnen lässt. Fachleute sprechen vom Bombenpuls oder englisch „bomb pulse“.

Wie der Bombenpuls entstand

Bei jeder oberirdischen Atomexplosion entstanden große Mengen Neutronen. Sie trafen auf den Stickstoff der Luft und verwandelten ihn in das Kohlenstoffisotop C14. Hunderte solcher Tests fanden in den späten 1950er und frühen 1960er Jahren statt, die meisten auf der Nordhalbkugel. Dort hatte sich der C14-Gehalt der Atmosphäre zwischen 1955 und 1963 fast verdoppelt.

1963 kam der Vertrag über das Verbot von Kernwaffentests in der Atmosphäre. Danach wurde kaum noch neues C14 erzeugt, und der Überschuss nahm Jahr für Jahr ab. Ozeane und Pflanzen nahmen ihn auf, und das C14-freie Kohlendioxid aus Kohle, Öl und Gas verdünnte ihn. So entstand eine Kurve mit steilem Anstieg, scharfer Spitze und langem Abfall. Für die Nord- und die Südhalbkugel gibt es eigene Kurven.

So funktioniert die C14-Datierung mit dem Bombenpuls

Pflanzen bauen den Kohlenstoff der Luft ein, Tiere und Menschen nehmen ihn mit der Nahrung auf. Jedes Gewebe trägt deshalb den C14-Wert des Jahres in sich, in dem es gebildet wurde. Interessant sind Strukturen, die danach nicht mehr erneuert werden: Zahnschmelz, der Kern der Augenlinse oder die DNA einer Zelle, die sich nicht mehr teilt. Man misst ihren C14-Gehalt mit einem Beschleuniger-Massenspektrometer, legt den Wert an die Kurve und liest das Bildungsjahr ab.

Weil die Kurve erst steigt und dann fällt, passt ein Messwert manchmal zu zwei Jahren, einem vor und einem nach der Spitze. Dann helfen weitere Proben aus Geweben, die zu verschiedenen Zeiten entstanden sind, etwa mehrere Zähne derselben Person.

Anwendungen: Zellen, Zähne, Elfenbein und Wein

Wie alt sind unsere Zellen?

Die bekannteste Anwendung stammt aus der Gruppe um Jonas Frisén am Karolinska-Institut in Stockholm. 2005 zeigte sie, dass die Nervenzellen in der Großhirnrinde so alt sind wie der Mensch selbst, also im Erwachsenenalter nicht ersetzt werden. Zellen der Haut und des Darms erneuern sich dagegen laufend. Spätere Arbeiten fanden, dass sich Herzmuskelzellen doch erneuern, mit 25 Jahren etwa ein Prozent pro Jahr, mit 75 Jahren noch etwa 0,45 Prozent. Von den Fettzellen wird bei Erwachsenen jedes Jahr rund ein Zehntel ersetzt, unabhängig vom Körpergewicht.

Forensik

Zahnschmelz entsteht in der Kindheit und bleibt danach unverändert. Mit einer C14-Datierung des Schmelzes bestimmte ein schwedisch-amerikanisches Team 2005 das Geburtsjahr von 22 Menschen im Mittel auf 1,6 Jahre genau. Herkömmliche Verfahren, etwa nach der Abnutzung der Zähne, liegen bei Erwachsenen oft fünf bis zehn Jahre daneben. Das hilft bei der Identifizierung unbekannter Toter.

Elfenbein und Wein

Beim Elfenbein verrät die C14-Datierung, wann ein Elefant gestorben ist. Eine Studie von 2016 untersuchte 231 Proben aus großen Beschlagnahmungen der Jahre 2002 bis 2014. Rund 90 Prozent stammten von Tieren, die weniger als drei Jahre vor der Beschlagnahme getötet worden waren. Altes Lagerelfenbein war kaum dabei. Bei Wein misst man den Kohlenstoff im Alkohol, der aus den Trauben des jeweiligen Jahrgangs stammt. Forscher der Universität Adelaide konnten so 2010 die Jahrgänge australischer Rotweine aus den Jahren 1958 bis 1997 auf das Jahr genau bestimmen.

Der Grönlandhai: fast 400 Jahre alt

Eines der spektakulärsten Ergebnisse betrifft den Grönlandhai. Ein dänisch geführtes Team untersuchte 2016 per C14-Datierung die Linsenkerne von 28 Weibchen. Dieses Gewebe entsteht schon vor der Geburt. Kleine Tiere mit Bombensignal waren erst nach den Atomtests geboren, das lieferte einen Fixpunkt für das Wachstum. Für das größte Tier mit 5,02 Metern ergab sich ein Alter von 392 Jahren, allerdings mit einer Unsicherheit von plus minus 120 Jahren. Mindestens 272 Jahre werden die Haie demnach alt, geschlechtsreif erst mit etwa 150 Jahren. Damit gilt der Grönlandhai als das langlebigste bekannte Wirbeltier.

Grenzen: Die Kurve flacht ab

Die Uhr läuft aus. Nach einer Übersichtsarbeit des Wiener Physikers Walter Kutschera hatte der C14-Gehalt der Luft 2022 fast wieder den Stand vor den Atomtests erreicht. Je flacher die Kurve, desto ungenauer die Zuordnung, für heute gebildetes Gewebe bringt der Bombenpuls kaum noch etwas. Hinzu kommt der Verbrennungseffekt: Die Klimaforscherin Heather Graven berechnete 2015, dass frisches Material bei stark steigenden Emissionen um 2050 so aussehen könnte wie eine tausend Jahre alte Probe. Für alles, was zwischen etwa 1955 und der Jahrtausendwende entstanden ist, bleibt die C14-Datierung über den Bombenpuls aber ein präzises Werkzeug. Wer tiefer einsteigen will: die Übersichtsarbeit jetzt im Original lesen.

Häufige Fragen

Ist das Bomben-C14 im Körper gefährlich?

Die Mengen sind sehr gering. Selbst auf dem Höhepunkt hatte sich der C14-Anteil der Luft nur etwa verdoppelt, und C14 ist ohnehin ein natürlicher Bestandteil allen Lebens.

Funktioniert die Methode auch für Menschen, die heute geboren werden?

Kaum noch. Weil der C14-Gehalt der Luft fast wieder auf dem Stand vor den Tests liegt und sich von Jahr zu Jahr nur noch wenig ändert, lassen sich jüngere Proben nicht mehr genau einem Jahr zuordnen.

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